温度响应高分子微凝胶的水相制备与表征——介绍一个大学化学综合实验

介绍一个涵盖高分子化学、物理化学与仪器分析等学科的综合实验。本实验选择有温度响应的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(pNIPAM)作为合成与研究对象,在水相中通过异相单体聚合法制备p NIPAM微凝胶,从宏观和微观两个角度探究微凝胶的温度响应特性。本综合实验取材于广受关注且已有较多验证的研究前沿成果,有助于培养学生理论联系实验、学以致用的思维,锻炼学生学科交叉融合意识。

e-ATRP水相制备温度响应高分子微凝胶——有关高分子微凝胶的新实验设计与实践

介绍一个涵盖高分子化学、电合成与仪器分析等领域的基础实验。本实验基于e-ATRP原理,采用简便易得的电化学反应装置,在水溶液中微量合成温度响应高分子微凝胶,并使用紫外-可见分光光度计和动态光散射仪探究微凝胶的温度响应特性。本实验取材于广受关注且已有较多验证的研究前沿成果,允许拓展合成其他高分子,也可进一步尝试各种电化学技术,简便易行、绿色环保,有助于培养学生的学科交叉融合思维和环保意识,锻炼创新实践能力。

高分子微凝胶控制合成无机-有机复合材料研究进展

高分子微凝胶是一类具有三维网络结构的分子内交联的高分子球形微粒,其物理、化学性质与其构象变化有着密切的关系,对于外界环境条件如温度、pH、离子强度、电场或磁场等的改变,微凝胶即表现出相应的体积相转变特性。近年来,基于高分子微凝胶对外界的刺激相应性与无机纳米粒子的特殊性能制备得到了各种有机-无机复合材料。本文根据微凝胶在无机微、纳米材料制备过程中所起的作用,将基于高分子微凝胶制备无机-有机复合微、纳米材料的方法分为原位合成法、物理诱捕法和聚合法,并分别从各类方法的特点和应用等方面进行详尽地分析和阐述。

高分子单链微凝胶的合成与性质研究

在制备带有可交联基团的聚N -异丙基丙烯酰胺共聚物的基础上 ,成功地合成了所谓高分子单链微凝胶 .该类微凝胶与其线型高分子前体具有相同的化学结构和平均分子量 .通过溶液粘度 ,气相分配为色谱法等实验手段初步研究了它的溶液性质 ;并与其线型共聚物前体和多链微凝胶进行了比较 .通过稀溶液粘度实验 ,发现单链微凝胶巨大的比表面积使其在SDS水溶液中具有异常高的相转变温度 .另外 。

多层核-壳结构高分子-钨-二氧化硅复合微球的制备研究

以反相悬浮聚合法制备的P(AM-co-MAA)高分子微凝胶为模板,经过离心沉积法制备得到了P(AM-co-MAA)-W复合微球,然后对复合微球进行表面修饰,最终在其表面直接包覆纳米二氧化硅颗粒,得到了具有多层核-壳结构的P(AM-co-MAA)-W-SiO2复合微球材料.通过扫描电镜(SEM)、傅立叶变换-红外光谱(FT-IR)和X射线衍射等手段对复合微球进行了一系列的表征,结果表明在高分子微凝胶表面形成了完整的金属钨和二氧化硅壳层.

BaSO_4-PAM无机-高分子复合微球的制备研究

以聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)高分子微凝胶为模板,结合反胶束法制备了具有表面图案结构的硫酸钡-聚丙烯酰胺(BaSO4-PAM)无机-高分子复合微球材料.利用扫描电镜(SEM)和XRD对复合微球的形貌和无机沉积物BaSO4的晶型进行了表征.结果表明,BaSO4的沉积量、沉积反应速度等因素对复合微球的表面形貌都有显著影响;复合微球中BaSO4具有正交重晶石结构.实验所得BaSO4-PAM复合微球兼具高分子的柔性和无机物的刚性.

金属硫化物-高分子复合微球的控制合成研究

以P(NIPAM-co-20%MAA)高分子凝胶微球为模板,成功制备了CuS-P(NIPAM-co-20%MAA)硫化铜-高分子复合微球材料。研究表明,复合微球呈现出较为粗旷、清晰的表面结构,且发现其表面形貌受控于硫代乙酰胺(TAA)在酸性介质中缓慢分解释放H2S气体的速率。研究为可控合成金属硫化物-高分子复合微球的表面形貌提供了一条可能途径。

纳米聚N-异丙基丙烯酰胺微凝胶的光引发聚合

选择具有温敏性的高分子单体N -异丙基丙烯酰胺 (N -isopropylacrylamide ,NIPAM )为主单体 ,N ,N’ -亚甲基双丙烯酰胺 (methylenebisacrylamide,MBA)为交联剂 ,运用光引发无皂乳液聚合的方法合成出粒径小于 10 0nm的高分子微凝胶 ,并研究了在改变体系组成和条件时微凝胶粒径的变化。结果显示 ,在乳化剂临界胶束浓度以下 ,随着乳化剂浓度的提高 ,微凝胶粒子的粒径不断减小且趋向稳定 ;相比于热引发 。

不同结构形态二氧化硅／高分子复合微凝胶材料制备研究

敏感性二氧化硅/高分子微凝胶复合材料既具有二氧化硅良好的化学稳定性、低毒性和易于功能性,又具有敏感性高分子微凝胶对外界环境(如温度、pH等)的刺激响应特性,因而广泛应用于药物控释、吸附分离、载体和微反应器等重要领域。本文根据二氧化硅和敏感性高分子复合结构的不同,对二氧化硅/高分子核-壳型复合微凝胶、高分子/二氧化硅核-壳型复合微凝胶及杂化网络结构二氧化硅-高分子复合微凝胶等三类复合材料的制备研究进展进行较为详尽地阐述和分析。

含邻苯二酚基团微凝胶的合成及其硝酸根离子响应特性

刺激响应微凝胶有望用于捕获水体中硝酸根离子,并允许材料自身的再生循环使用,但如何实现高效捕获水体中硝酸根离子颇具挑战性.本工作合成了单体2,3-二羟基-N-(2-甲基烯丙基)苯甲酰胺,并将其与苯乙烯、4-氯甲基苯乙烯、二乙烯基苯共聚,制得含邻苯二酚基团微凝胶.随着硝酸根离子浓度(以氮计)在0~40.0 mg/L范围内逐渐增大,浊度法表征表明在常温22℃下微凝胶水溶液消光度呈现持续增大趋势,而动态光散射法表征表明微凝胶粒径减小,即发生收缩.色谱法表征表明,微凝胶对硝酸根离子具有较好吸附性能,最大吸附容量达54.2 mg/g,即使对低浓度硝酸根离子(≤10 mg/L)也可在10 min内达到吸附平衡,有望用于废水处理.

温度和pH双重敏感荧光复合微凝胶制备和表征

通过反相悬浮聚合法制备N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和甲基丙烯酸(MAA)的共聚微凝胶P(NIPAM-co-MAA),以其为模板,利用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)在碱性条件下的水解缩合反应,制备得到了由氨基修饰的P(NIPAM-co-MAA)/SiO2高分子/无机复合微凝胶,再通过异硫氰酸荧光素(FITC)与氨基的键和作用,得到了具有核-壳结构的温度和pH双重敏感荧光复合微凝胶.通过扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、热台偏光显微镜(POM)和共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)等手段对复合微凝胶进行了结构和性质表征,结果表明,该复合微凝胶对温度和pH均具有良好的响应特性,并在可见光激发下发出荧光.

两相催化脱硫的PMAA／Fenton复合微球的构筑

以反相悬浮聚合法合成的PMAA微凝胶为模板，将Fe^2＋用浸渍法引入到PMAA模板且经过氧化氢溶胀后，以二苯并噻吩（DBT）为模型反应物，将其溶解于十氢萘中配成模型油。针对模型体系，初步考察PMAA／Fenton复合微球对模型油氧化脱硫的影响，利用扫描电子显微镜（SEM）和傅立叶变换红外光谱（FT—IR）对脱硫前后微球的形貌、组份进行分析。同时，利用气相色谱仪（GC—FID）对微球的脱硫效率进行表征，研究结果表明，PMAA／Fenton复合微球用于脱硫的最大特点在于催化剂负载于微凝胶上可实现循环使用、DBT的氧化产物不需萃取。

负载纳米银复合微球制备及其催化性能

以具有温度和pH双重敏感性能的N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)共聚丙烯酸(AA)P(NIPAM-co-AA)高分子微凝胶为模板,以乙醇为还原剂,原位还原得到负载纳米银的微米尺度Ag/P(NIPAM-co-AA)复合微凝胶材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪和紫外-可见(UV-Vis)分光光度计等对复合材料的形貌、组成和催化性能进行表征.研究结果表明,Ag/P(NIPAM-co-AA)复合微球具有均一的表面结构,微凝胶的限域作用显著提高了纳米银的分散性和稳定性.另外,Ag/P(NIPAM-co-AA)复合微球对对硝基苯酚(4-NP)的还原具有较好的催化活性,且其催化活性与微凝胶网络结构的溶胀、收缩行为有一定关系,即模板微凝胶的温敏特性可以实现对对硝基苯酚催化反应活性的调控作用.

负载金纳米粒子的聚苯乙烯/聚丙烯酸微球的合成及pH响应性能

以两步聚合法合成的聚苯乙烯(PS)/聚丙烯酸(PAA)核-壳结构复合微凝胶为载体,硼氢化钠为还原剂,柠檬酸钠为稳定剂,通过原位控制性还原获得pH敏感性微凝胶负载纳米金粒子的PS/PAA-Au复合材料.研究发现,不同酸碱条件时,复合微凝胶壳层高分子链的溶胀/收缩变化,不仅可以调节纳米金粒子的表面等离子吸收,还可以调节反应底物的扩散传质,即借助载体微环境的变化来调控纳米金光学性能和催化性能,从而实现复合纳米金材料的pH调控性.

仿凝集素微凝胶的制备及葡萄糖响应特性

葡萄糖响应高分子微凝胶有望用于设计构建可持续检测葡萄糖并输出反馈的系统,但如何实现高选择性识别水环境中葡萄糖是较大挑战.本工作优化了仿凝集素(s-Lectin)的合成路线,通过迈克尔加成、酰胺缩合等,4步合成出s-Lectin,进而将其包裹于聚异丙基丙烯酰胺(pNIPAM)交联网络中,制备得到新型的葡萄糖响应微凝胶.随着葡萄糖浓度在0~30 mmoL范围内逐渐增大,浊度法研究表明该仿凝集素微凝胶水溶液消光度呈现持续降低的趋势,而动态光散射法测试结果显示仿凝集素微凝胶粒径变大,即微凝胶发生了溶胀.进一步采用动态光散射法研究对葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖等的识别选择性,结果表明仿凝集素微凝胶仅在水溶液中加入葡萄糖时发生溶胀,而在加入果糖、甘露糖、半乳糖等时则几乎没有发生粒径变化,展示出可高选择性识别水环境中葡萄糖的特性,有望用于血糖检测.

多层核-壳结构P(AM-co-MAA)/W/UF复合微球制备研究

以反相悬浮聚合技术合成的丙烯酰胺(acrylamide,AM)和甲基丙烯酸(methacrylic acid,MAA)共聚高分子微凝胶P(AM-co-MAA)为模板,通过离心沉积法将微米级钨粉沉积于高分子微凝胶表面,得到具有核-壳结构的P(AM-co-MAA)/W复合微球材料;再以P(AM-co-MAA)/W复合微球为模板,通过控制甲醛和尿素的缩聚反应在模板与油/水相界面进行,制备得到了具有多层核-壳结构的高分子/钨/脲醛树脂[P(AM-co-MAA)/W/Urea-formaldehyde resin]复合微球材料.利用扫描电子显微镜(SEM)、红外(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和热分析(TGA)等手段对复合微球进行了表征.实验结果表明,外壳层脲醛树脂的包覆量、复合微球的表面形貌可通过改变甲醛和尿素溶液的浓度、甲醛和尿素的物质的量之比等因素进行控制.复合微球的导电性测试结果表明,P(AM-co-MAA)/W复合微球表面壳层脲醛树脂包覆前后,其电导率由1.9×10-3降低为0.9×10-8S·m-1.该研究获得的三层核-壳复合微球材料其外层脲醛树脂的包覆较为完整、致密,其导电性接近于绝缘材料,为含钨复合微球作为电子元件的抗辐射涂层材料打下了基础.